北疆滴灌棉田墒情监测点优化布设及灌水下限指标研究

发布时间：2020-05-15 17:44

【摘要】：确定适宜的土壤水分下限指标，是实际灌溉中研究的重要内容，它决定灌水起始时间、灌水次数和灌水量的确定，是计算作物需水量以及合理灌溉的重要参数。进行墒情监测时，墒情监测点布设的位置和数量对区域土壤墒情的精确度有直接影响，再加上土壤含水率空间变异性的客观存在，因此在保证一定精度的条件下，通过科学合理的布点方法来减少采样数目非常关键。当前，新疆滴灌作物面积已达3700余万亩，根据文献查新，以滴灌灌溉控制指标的研究及应用主要是温室蔬菜或花卉等，对于大田棉花膜下滴灌土壤水分控制下限指标对棉花生长发育、最终产量的关系这方面的研究很不完善；对田间尺度墒情监测点的数量及位置的研究，只是将土壤含水率等值线图分区，在不同的分区区域内布设监测点，或只提出该研究区的变程，缺乏实际验证。因此本研究以石河子灌区为核心试验区，开展3种种植模式下湿润体内监测点的横向及纵向布设研究、墒情监测点布设数量的影响因素研究、田间尺度滴灌棉田适宜的布设位置与数量、棉花不同生育阶段采用不同的土壤水分下限对棉花产量及水分利用率影响研究，通过3年的试验研究得到如下结论： ⑴提出了湿润体内监测点布设位置：横向点位布设，一膜一管模式下，监测点布设在距离滴灌带250～550mm区域；一膜两管四行模式下，布设在距离滴灌带150～450mm区域；一膜两管六行模式下，布设在距离滴灌带250～450mm区域。纵向点位布设，因为不同深度处的土壤水分具有较高的线性相关性，层间距离越近，相关性越高。因此可以适当减少土壤水分传感器的埋设个数，在分为3类时，只需在20cm层、40cm层和60cm层布设三个探头即可。在分为2类时，只需在20cm层和60cm层布设两个探头即可。 ⑵分析了田间尺度合理取样数目的影响因素：①不同取样方式（均匀布点、随机布点）对确定合理取样数目的影响：均值和变异系数的变化均表现为均匀布点大于随机布点，两种采样方式获得的土壤含水率与所有数据相比较，变化率在3%以内，能够达到精度有求，因此两种采样方式都可行；②不同取样间距对合理取样数目的影响：土壤含水率在垂直于滴灌带方向的变异性大于沿滴灌带方向；③不同精度对确定合理取样数目的影响：置信水平相同时，合理采样数随着相对误差k减小而增加；固定相对误差k，合理采样数N随置信水平P的增大而增加；固定置信水平P、相对误差k，合理采样数N随土壤含水率变异系数的增大而增加；④不同取样时间对确定合理取样数目的影响：各层土壤含水率的变异强度为弱变异、中等变异，灌水前的变异系数高于灌水后的。⑤不同土壤质地对确定合理取样数目的影响：同种质地的土壤，随着试验区面积的增大，变异系数呈上升趋势；在在同一置信水平条件下，随着采样误差的增大而减少；在同一采样误差条件下，随着置信水平P的降低而逐渐减少。 ⑶初步确定了田间尺度土壤墒情监测点布设的位置及数量，应用地统计学方法、克里格方法确定合理的采样数目比传统统计学方法具有显而易见的优点，即能够以少得多的样本数达到较高的精度，应用克立格方法，土壤含水量的采样效率比传统统计学方法提高约4倍。 ⑷分析了不同灌水下限滴灌棉花的耗水规律：平均含水率0～20cm土层和20～40cm土层的变异系数均大于0.1，属于中等变异性。40～60cm土层、60～80cm土层、80～100cm土层的变异系数均小于0.1，均属于弱变异性。作物根域层土壤含水率的变幅为蕾期最大，苗期次之，花铃期最小。棉花全生育期的总耗水量在404.84～530.59mm，平均耗水强度在2.44～3.27mm·d-1。 ⑸初步确定了滴灌棉花的灌水下限：①就棉花产量而言，苗期、蕾期、花铃期、吐絮期对应的适宜土壤水分下限分别为田间持水量的55%～60%、65%～70%、75%～80%、60%～65%；②就棉花水分利用效率而言，苗期、蕾期、花铃期、吐絮期对应的适宜土壤水分下限分别为田间持水量的60%～65%、65%～70%、80%～85%、55%～60%；③在石河子灌区制定灌溉制度时，可以根据灌区所要达到的目标采取不同的灌水下限。如果灌区来水量较少，为了达到较高的水分利用率，可以采用处理5所设定的不同生育阶段的下限值；如果灌区预计来水量较丰沛，为了追求较高的产量，获得最大的经济效益，可以采用处理2所设定的不同生育阶段的下限值。
【图文】：

布置图,滴灌系统,布置图

气温年、日差较大，平均气温 6.5～7.2℃，≥0℃ 的活动积温 3900～4100℃，年降水量在 125.0～207.7mm 之间，平均风速 1.5m/s，无霜期 160d 左右，有利于光合产物的形成和累积。该科技园区内主要作物是棉花、玉米、辣椒、打瓜、小麦，均采用膜下滴灌灌溉方式，试验地地下水埋深大于 10m。核心试验区长约 1030m，宽约260m ，，面积 26.8hm2。棉花种植模式是一膜两管六行，种植方式20cm+50cm+20cm+50cm+20cm，采用自控灌溉系统，水源为地下水，滴头流量为2.8L/h，其自动化灌溉系统布置情况见图 2-1。土壤质地为壤土，0～60cm 各层的土壤容重及田间持水率(体积含水率)见表 2-2。表 2-2 试验研究区基础参数表Table 2-2 The basic parameters of the test area层次/cm 0-20 20-40 40-60容重/g·cm-31.17 1.1 1.22田间持水率/% 38.14 40.35 37.93

模式图,土壤水分监测,监测点,模式

膜两管模式布设了 6 根铝管，垂直滴灌带方向，监测点 1、2、3、4、5、6 分别距滴灌带 5cm，40cm，50cm、5cm，20cm ，45cm。分别监测土壤剖面 0～100cm层的体积含水率，监测点布置见图 2-3。以湿润土体为研究对象，监测点 1～6 的对坐标为：(0，0.15)、(0.5，0.3)、(0.7，0)、(1.0，0.15)、(1.25，0)、(1.4，0.3)；膜两管六行棉花模式布设了 7 根铝管，监测点 1、2、3、4、5、6、7 分别距离滴带 35cm、25cm、5cm、35cm、5cm、35cm、75cm。分别监测土壤剖面 0～100cm层的体积含水率，监测点布置见图 2-4。以湿润土体为研究对象，监测点 1～7 的对坐标为：(0，0)、(0.1，0.3)、(0.3，0.15)、(0.7，0.3)、(1.15，0.15)、(1.45，0) 、.85，0.3)。
【学位授予单位】：新疆农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S274

【参考文献】